４．情報スーパハイウェイを支える技術

　本章では、技術の動向として、コンピュータ通信の特徴、伝送媒体と
しての光ファイバ、高速広帯域通信で導入が進められているＡＴＭ（
Asynchronous Transfer Mode ）技術について述べる．

４．１　　コンピュータネットワークの特徴

−　コンピュータ同士が話合いをする　−

　音声あるいは映像を中心とした通信と、データあるいはコンピュータ
間の通信とはその通信の形態やネットワークに対する要求条件（専門的
には通信属性という）が明らかに異なる。両者の比較を表４−１にまと
めて示す。

前者はリアルタイム（即時）系であり、公衆通信網では通信
中に通信路をずっと保留する回線交換モードが通常用いられる。一方、
後者は蓄積系であり、一般的には情報が発生する度に宛先付のパケット信号
を相手方に転送するパケット交換モードが適用される。両者の比較を理
解するため、音声をパケット通信で行おうとするとどうなるか手短に述
べて見よう。これは一時期、検討され実際にも音声パケットが試みられ
た。電話をつかって通話することを想定してみると、実際に音声（情報）
を出している時間は半分以下で、無音時間が多い。このため、声を出し
ている部分だけを、パケットとして情報を送り出せば通信路を効率的に
使えるというわけである．空いた時間帯はほかの人のパケットを詰め込
めばよい。効率的に思えたここでの問題は相手方に届くまでの時間の遅
れ＝遅延＝である．パケット通信では、音声のアナログ情報をある一定
の長さのパケット情報に変換して伝送路に送り出すが、その際にパケッ
トは一旦バッファに蓄積される。蓄積分が時間的には遅延となる。遅延
時間はパケット情報の長さに比例するため、パケットの長さを大きくす
ると遅延時間が大きくなり、音声としては衛星を使って国際電話をする
ときのような不自然さを発生する。一方、パケット情報の長さの短くす
ると、送る情報量が同じ条件では、当然パケット数が増大する．単純に
考えれば、パケット長を半分にすれば、送るパケット数は２倍になる。
　また、あまりパケット長を短くするとそれにつけるオーバヘッドある
いは宛先（ヘッダと呼ばれる）情報の割合が大きくなり、実質的な情報
転送効率が落ちてしまうという欠点がでてくる。ともかく、パケット数
が多くなるということは、パケットを処理するノード（交換機）の処理
量が増加して、その負担が大きくなるだけでなく、通信のコストが高く
なる。ノードでは、ヘッダ情報を読み取り、宛先にしたがってパケット
を転送したり、情報の誤りを検出して必要ならばットの再送出を端末に
要求したりする。これらはすべてソフトウェケアで処理されるため、通
信の高速化がはかれず、せいぜい１．５Mb／sが限度であった。音声を
パケットで送る試みは以上の問題からこれまでは、ほとんど実現されて
いない。ただし、音声品質を犠牲にして、すなわち情報量を少なくして、
音声をパケットで送るシステムも一部で採用されている。この場合には
誰が話しているかよりは、何を話しているかの了解度のみを問題してお
り、ビジネスユース等のかなり限定された使い方になる。
　コンピュータ通信では、パケットを用いた情報伝達がおこなわれるが、
すでに述べたように、データを正確に伝えるための情報の誤りを検出す
る機構が重要になる。たとえば銀行の預金口座の金額もデータで送られ
ることになるが、データの誤りは直接利用者の経済的利害に結びついて
しまう。それに対して、音声や映像の連続情報では、たとえ１ビットの
誤りが生じても時間的には数μ秒（１０-6sec) であるため、人間の感覚
ではほとんど察知できないので問題にならない。１ビットの情報の重み
が、コンピュータ・データ通信と音声・映像通信では、全く異なるわけ
である。コンピュータ通信では、通常TCP／IP（ Transmission
Contorol Protocol / Internet Protocol）と呼ばれる通信手順（プロ
トコル）を用いて、誤りの検出と、誤りが生じた際の情報の再送を行っ
ている。この様子を図４に示す。送信側からのデータ送信要求が成立し
たあと、送信側から送られたデータパケットは受信側で受信され、デー
タパケットの情報がチェックされて、データ転送中に誤りが発生してい
ないことが確認される。その結果はACKパケット（ACK はAcknowlege
の略で、承認という意味）として、受信側から送信側に伝達される。一
方、誤りが検出されたり、伝送路中でパケットが紛失したために、ある
一定時間たっても予定していたパケットが届かない場合には、受信側か
らNACKパケット（NACKは Not Acknowlegeの略）が送信側に送られ
る。送信側はNACKパケットを受け取ると、バッファに蓄積してあった
当該のパケットを再送することになる。これ以外にも、TCP／IPでは、
データのフロー制御等、さまざまな通信処理手順が行われるが、詳しく
は専門書を参照されたい。ここでの重要なポイントは、誤り検出・回復
のため、コンピュータ通信では常にデータパケットのやり取りを双方向
で行っているということである。さらには、送信側では、誤りが発生し
ていないことが確認されたというACKパケットを受け取るまで、送出し
たパケットのデータを蓄えていなければならないという点にある。この
ことは、後述するように、スーパコンピュータ間通信に代表されるコン
ピュータネットワークの高速化、長距離化に非常に大きな問題を投げか
けることになる。

４．２　　光ファイバ

−　ガラスが通信の世界を変える　−

　現在の通信システムに革命をもたらすものは、“砂とガラスと空気”
であるといわれる。それぞれ、ＬＳＩ、光ファイバ、電波を表わしてい
る。光ファイバの出現は、革新的な変化を通信システムに確かにもたら
した。それは単に新しい伝送原理に基づく伝送媒体として優れた特性を
もっているということのみならず、通信システム全般に与えた影響は図
り知れないものがある。その高帯域、低損失の伝送特性は、それまでの
メタルシステムをはるかに凌駕し、大容量かつ無中継長距離伝送を可能
とした。直径１２５ミクロンの毛髪程度の細さの光ファイバ一本で、電
話換算約２０００チャネル（１５６Mb／sシステム）からさらには 約
１３００００チャネル（１０Gb／sシステム）を一度に、しかも８０km
以上を無中継で伝送することが可能である。細系軽量な光ケーブルは線
路建設形態を大幅に改善し、無誘導の特性は通信路としての適用領域の
拡大を果たした．ただし、技術的難点として光ファイバの接続技術の問
題があるが、現在はほぼ克服されつつある。
　コンピュータ・データ通信という観点からは、その信号伝送時の高信
頼性、具体的にはメタルシステムに比較して３桁以上も低い伝送符号誤
り率が特筆される。この特徴が次期広帯域通信システム開発と導入の前
提条件になっていることが重要なポイントである。すなわち、伝送路で
はほとんど信号の誤りが生じなくなるのである。このことは、前節で述
べた、誤り検出、回復という機構を大幅に考え直す契機となった。逆の
見方をすれば、メタルのシステムでは、ある程度伝送路での信号の誤り
が発生することを想定して、通信システムの設計をせざるを得ない状況
にあったとも言える。
　さらに、光ファイバのもつ超広帯域性は、メタルケーブル時代の通信
装置の処理能力が高く、伝送路の伝送可能速度が低いという関係を逆転
させ、通信速度のボトルネックを端末や装置の方に追いやることになっ
た。スーパコンピュータによる高速処理を生かしたいと考える利用者達
は、コンピュータを繋ぐネットワークの性能に不満をもちだし、その結
果コンピュータピープルが、この優れた性能をもつ光ファイバに注目し、
それを実際に取り入れていったのは必然の結果といえる。しかし、この
画期的伝送媒体も基本的制限条件がある。すなわ、電磁波と同じくマク
スウェルの方程式から規定される光の速度である。この有限な光速にと
もなう信号の伝搬遅延が超高速コンピュータ通信において考慮せざるを
得ない大きなファクターとなってきつつある。

４．３　　ＡＴＭ

−　ＡＴＭ：打出の子鎚になるか　−

　次期広帯域通信システムとして国際的に標準化が進められているのが
ＡＴＭ( Asynchronous Transfer Mode ）である．一言でこの特徴をい
えば、表４−１でしめした回線交換とパケット交換のいいとこ取りをした
システムと言えよう。
１９８０年代後半にフランスで最初のシステム(Prelude)の動作確認がさ
れ、その後の標準化の進展をへて、現在では商用のサービスが米国を始め
として開始されている。一方、構内系、LANの世界では製品が各ベンダか
ら販売されており、その業界標準化のためにＡＴＭフォーラムが形成され
ている。ＡＴＭというと良く銀行の現金自動引き落とし機（Automatic
Telling Machine）と取り違えられることがあるが、インタロップなど
の展示会やＡＴＭ−ＬＡＮ製品への産業界の期待とフィーバー振りをみ
ていると、まさに通信の世界でも、ＡＴＭは『お金』に結び付くAutomatic
Telling Machineあるいは打出の子鎚の様相を呈している観がある。
さて、ＡＴＭの特徴はセルとよばれる５３バイトの固定長パケットを用い
ている点であり、音声通信にも適合できるように比較的短いパケット長と
なっている。５３バイトという短いセルのうち、５バイトをヘッダのオー
バヘッドとしてとっている。パケットを固定長とするとともに交換処理を
ハード的におこなうことで伝達速度をあげている。また、前述のように、
光ファイバの高信頼伝送を前提にしており、情報伝達の誤り検出訂正等は
端末にまかせ、ネットワークはひたすら高速に信号を伝達することを基本
的な考えとしていることが特徴であり、１５６Mb／sの速度のものが現在
標準化されている．

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